2.2. Растениеводство

Поведение стронция-90 и цезия-137 в системе «почва–растение» имеет ряд отличительных особенностей. Поступление стронция-90 из почвы в растения практически в 10 раз выше, чем цезия-137, при одинаковой плотности загрязнения земель. Это необходимо учитывать в мероприятиях по снижению радионуклидов в растениях.

Влиять на снижение содержания радионуклидов в продуктах питания можно на трех этапах: 1) почва – растения, 2) корм – животное, 3) доработка и переработка сельскохозяйственного сырья.

Как показывает опыт, наибольшего эффекта в снижении поступления в организм человека радионуклидов по биологическим и пищевым цепям можно достичь в звене пищевой цепи «почва — растение». Связав радионуклиды в почве, мы прерываем их движение по всей цепи.

Количественно процесс вторичного радиоактивного загрязнения, т.е. переход радионуклидов из почвы в растения, определяется при помощи коэффициента перехода, который равен

К_пр = С_р/А_п , (1.7)

где С_р – концентрация радионуклида в растениях, Кu/кг; А_п – радиоактивность загрязнения почвы, Кu/м².

Значение коэффициента перехода для одного и того же растения не одинаково и зависит от многих причин.

Содержание радионуклидов в сельскохозяйственной продукции зависит как от плотности загрязнения, так и типа почв, их гранулометрического состава и агрохимических свойств, а также биологических особенностей возделываемых культур. Показатели почвенного плодородия оказывают существенное влияние на накопление всеми сельскохозяйственными культурами радионуклидов, особенно многолетними травами.

При повышении содержания физической глины в почве от 5 до 30%, содержания гумуса от 1 до 3,5% переход радионуклидов в растения снижается в 1,5–2 раза, а по мере повышения содержания в почве подвижных форм калия и фосфора от низкого (менее 100 мг К₂О на кг почвы) до оптимального (200–300 мг/кг) и изменения реакции почв от кислого интервала (рН = 4,5– 5) к нейтральному (рН = 6,5–7) –– в 2–3 раза. Минимальный переход цезия-137 и стронция-90 в растения наблюдается на почвах с оптимальными параметрами агрохимических свойств.

Еще большее влияние на накопление радионуклидов в сельскохозяйственной продукции оказывает режим увлажнения почв. Установлено, что переход радиоцезия в многолетние травы повышается в 10–27 раз на дерново-глеевых и дерново-подзолисто-глеевых почвах по сравнению с автоморфными и временно избыточно увлажненными разновидностями этих почв (приложение 9). Установлено, что минимальное накопление радиоцезия в многолетних травах обеспечивается при поддержании уровня грунтовых вод на глубине 90–120 см от поверхности осушенных торфяных или торфяно-глеевых почв.

Очевидно, что плотность загрязнения почв сельскохозяйственных угодий радионуклидами не может однозначно отражать уровень загрязнения выращиваемой продукции, необходим учет основных свойств каждого поля.

Особенности минерального питания, неодинаковая продолжительность вегетационного периода и другие биологические особенности различных видов растений влияют на накопление радионуклидов. Содержание цезия-137 в расчете на сухое вещество отдельных культур может различаться до 180 раз, а накопление стронция-90 –– до 30 раз при одинаковой плотности загрязнения почв. Сортовые различия в накоплении радионуклидов значительно меньше (до 1,5–3,0 раз), но их также необходимо учитывать при подборе культур.

Несмотря на неоднозначность коэффициента перехода для одних и тех же растений при различных условиях, его все же можно использовать на практике, в частности для прогноза радиоактивного загрязнения продукции растениеводства.

Для прогноза используются значения коэффициентов перехода радионуклидов из почвы в урожай из расчета на 1 Кu/км², которые дифференцированы в зависимости от типа и гранулометрического состава почв, содержания обменного калия и реакции почвенной среды, а также результаты агрохимического и радиологического обследования почв, их влажности.

Прогнозирование загрязнения растениеводческой продукции цезием-137 сводится к умножению коэффициента перехода, выбранного из приложения 15 на величину плотности загрязнения почвы данного поля.

Оценка степени загрязнения производится путем сравнения полученной степени загрязнения продукции с допустимыми значениями в РДУ и в приложении 16.

На основе прогноза подбирают сельскохозяйственные культуры для посевов, чтобы в них было допустимое количество радионуклидов. Как следует из приложения 15, многолетние травы сенокосов и пастбищ отличаются наибольшей способностью аккумулировать цезий-137 и стронций-90. При загрязнении почв стронцием-90 плотностью 1–3 Кu/км² практически невозможно возделывание столового картофеля и зерновых культур на продовольственные цели.

Снижение количества радионуклидов в сельскохозяйственных растениях достигается рядом мероприятий.

В общем случае для снижения концентрации радионуклидов в сельскохозяйственных растениях могут быть использованы две большие группы приемов:

1. традиционные мероприятия, направленные на увеличение плодородия почвы, рост урожайности, повышение качества растениеводческой продукции, одновременно способствующие уменьшению перехода радиоактивных веществ из почвы в растения;

2. специальные приемы (удаление верхнего загрязненного радиоактивными веществами слоя почвы, глубокая вспашка с захоронением загрязненного слоя почвы, внесение в почву специальных мелиорантов, связывающих радионуклиды в труднодоступные для растений формы и т.п.), которые иногда могут привести к определенному уменьшению урожайности растений и некоторому ухудшению плодородия почвы.

Аналогичным образом – на традиционные и специальные – могут быть классифицированы и приемы по технологической обработке растениеводческой продукции, используемые для снижения содержания в ней радиоактивных веществ.

Агротехнические приемы предусматривают:

• увеличение доли площадей под культуры с низким уровнем накопления радионуклидов;

• фрезерование и глубокую вспашку с оборотом пласта верхнего слоя на естественных кормовых угодьях, иногда с захоронением загрязненного слоя почвы;

• механическое удаление верхнего слоя почвы (толщиной до 5 см), концентрирующего основное количество радионуклидов;

• гидромелиорацию (осушение и оптимизацию водного режима), предотвращение вторичного загрязнения почв за счет комплекса противоэрозионных мероприятий;

• корневое и поверхностное улучшение cенокосов и пастбищ, включающее культурно-технические мероприятия, посев травосмесей с минимальным накоплением радионуклидов; перевод естественных пастбищ в искусственные;

• перевод радионуклидов в трудно усвояемые формы;

• фитомелиорация загрязненных почв (биологическое очищение почв с помощью фитомассы);

• применение средств защиты растений.

Из вышеперечисленных приемов наиболее эффективным является глубокая вспашка. Обычная вспашка на глубину 18–20 см понижает мощность дозы гамма-излучения в несколько раз. При обработке почвы на глубину 28 см поступление стронция-90 уменьшается в люцерну на 40%, в пшеницу на 25%, у сахарной свеклы на 10%.

Способность сельскохозяйственных растений накапливать радионуклиды в разных концентрациях может быть использована с целью получения продукции с минимальным содержанием радионуклидов. Например, разница в накоплении цезия-137 в урожае 21 культуры, возделываемой на дерново-подзолистой почве, достигает 10–20 кратных значений, а в зерне злаковых в 8–10 раз.

В порядке убывания концентрации цезия-137 в продовольственной части урожая культуры распределяются следующим образом: зерновые, бобовые и зернобобовые – овес > гречиха > горох > ячмень > пшеница > кукуруза > просо > соя > фасоль; овощные и картофель – капуста > картофель > свекла > морковь > огурцы > томаты.

По концентрации стронция-90 овощные культуры располагаются в следующем порядке: свекла > огурцы > морковь > капуста > томаты >картофель.

Применение других приемов связано с определенными трудностями, учитывая специфику почв в республике. Чтобы перевести радионуклиды в трудно усвояемые формы в почву вносят различные химические реагенты, в частности, большие дозы фосфатов, растворимых силикатов и др. Можно также промывать почву, используя растворы кислот, щелочей, нейтральных солей и комплексонов.

Выпавшие на поверхность лугов радионуклиды более доступны растениям, чем на пахотных землях. Поэтому для снижения поступления радионуклидов в растения переводят естественные пастбища в искусственные. При этом, обработка лугов целесообразны отвальными плугами.

Улучшение естественных угодий на дерново-подзолистых почвах, поймах и торфяниках является также эффективным средством уменьшения поступления радионуклидов в кормовые растения. Обработка (типа фрезерования или перепашки) естественных лугов с известкованием и залужением снижает переход стронция-90 в бобовые в 2–6 раз на дерново-подзолистой в почве и торфяниках.

Агрохимические мероприятия предусматривают оптимизацию физико-химических свойств почв посредством:

• известкования кислых почв;

• внесения органических удобрений;

• внесения повышенных доз фосфорных и калийных удобрений;

• оптимизации азотного питания растений на основе почвенно-растительной диагностики;

• внесения микроудобрений.

Для повышения урожайности сельскохозяйственных культур минеральные и органические удобрения применяют с учетом почвенно-климатической зоны. На дерново-подзолистых почвах чаще в минимуме содержится азот, а на тяжелых по гранулометрическому составу почвах разных типов – азот и фосфор. В черноземах в большинстве случаев ограничивает повышение урожая недостаток фосфора. Хорошие урожаи на легких песчаных почвах можно получить при внесении полного минерального удобрения, в том числе магния.

Снижение концентрации радионуклидов в урожае может быть обусловлено рядом причин: улучшением условий питания растений и связанным с этим увеличением биомассы и тем самым «разбавлением» радионуклидов; повышением концентрации в почве обменных катионов, в первую очередь калия и кальция; усилением антагонизма между ионами радионуклидов и ионами вносимых солей при корневом усвоении; изменением доступности для корневых систем радионуклидов вследствие перевода их в труднодоступные соединения и обменной фиксации в результате реакций радионуклидов с вносимыми удобрениями.

Внесение извести в кислую дерново-подзолистую почву уменьшает концентрацию стронция в зерне пшеницы и гороха в 2–2,5 раза.

Применение органических удобрений (навоза, золы, торфа) также уменьшает степень накопления стронция-90 растениями.

Концентрация цезия-137 в растениях резко уменьшается при внесении в почву калийных удобрений.(в 2–20 раз). Известкование кислых почв еще больше снижает поступление радиоцезия в растения ( еще в 2–8 раз).

Внесение азотных удобрений в дерново-подзолистую почву практически не влияет на степень накопления радиоцезия, но на почвах с высоким плодородием азотные удобрения в аммонийной форме увеличивают концентрацию цезия-137 на 18–85%. Внесение фосфорных удобрений в выщелоченном черноземе стимулирует рост поступления радиоцезия в растения.

Технологические приемы включают:

• промывку и первичную очистку убранной плодоовощной и технической продукции;

• переработку полученной продукции с целью снижения в ней концентрации радионуклидов.

Примером относительно чистой продукции является получение растительного масла из подсолнечника и сои, крахмала и спирта из картофеля, сахара из сахарной свеклы.

Если радионуклиды попали в растение через корневую систему, то промывка и очистка продукции малоэффективна. Но если радионуклиды сохранились на овощах, то они легко удаляются.